CN113574277A - 干式真空泵和泵送设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种干式真空泵(1)，它包括：‑辅助定子(13)，其至少被一个轴(4)穿过；‑入口通道(14)，其设置有可控入口阀(15)，并且将辅助定子(13)的入口(17)连接到与真空泵(1)的出口(8)连通的泵送级(3f)；和‑由所述轴(4)支承的至少一个辅助转子(16)，所述辅助转子(16)构造成使得它在辅助定子(13)中的旋转导致气体在辅助定子(13)的入口(17)和出口(18)之间被泵送，以在命令可控入口阀(15)打开时降低泵送级(3f)中的压力。本发明还涉及一种包括与真空泵(1)相连的进样室的泵送设备。

Description

干式真空泵和泵送设备
技术领域
本发明涉及一种诸如粗真空泵的干式真空泵，例如罗茨式泵、爪型泵或螺旋泵。本发明还涉及一种包括与真空泵相连的进样室(预抽真空室，真空锁，loadlock)的泵送设备。
背景技术
将气体压缩所需的电能是真空泵能耗的重要参数之一。在罗茨式或爪型多级粗真空泵的情况下，这种压缩功率主要用于最后两个压缩级。
进样室泵送应用特别具有较高的能耗。进样室用于在将基材卸载到维持在低压下的处理室中之前降低基材周围的压力，以防止处理室中存在任何杂质。因此，每次装载基材都需要交替地降低然后升高进样室封壳中的压力。在每次降低压力之后，进样室中的压力保持较低，直到将基材转移到处理室中。这些低压下的空闲期可能较长，并且在能量方面是昂贵的。
一种已知的降低电能消耗的解决方案包括例如在进样室的这些空闲期期间，借助于外部泵送设备降低最后的压缩级的压力。
这种外部泵送设备例如是喷射泵、隔膜泵或旋转叶片泵。
这样做的一个缺点是必须使用两个不同的泵送设备，这会导致泵送系统庞大，其使用复杂、成本高或消耗电能或气体。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种能至少部分地解决现有技术的缺点之一的干式真空泵。
为此，本发明在于一种干式真空泵，其包括：
-至少一个泵送级，
-两个旋转轴，这两个旋转轴分别承载在所述至少一个泵送级中延伸的至少一个转子，这些转子构造成沿相反方向以同步方式转动，以便在真空泵的入口和出口之间驱动待泵送的气体，其特征在于，该真空泵还包括：
-辅助定子，至少一个轴穿过该辅助定子，
-入口通道(吸入通道)，该入口通道设置有可控入口阀，并且将辅助定子的入口连接到与真空泵的出口连通的泵送级，和
-由所述轴承载的至少一个辅助转子，所述辅助转子构造成使得它在辅助定子中的旋转在辅助定子的入口和出口之间驱动待泵送的气体，以在命令可控入口阀打开时降低所述泵送级中的压力，当命令可控入口阀关闭时，所述至少一个辅助转子和所述辅助定子与和出口连通的所述泵送级在流体上隔离。
因此，驱动真空泵转子的轴的旋转也用于驱动至少一个辅助转子旋转，从而在命令可控入口阀打开时降低真空泵的出口泵送级中的压力。由此可以减少真空泵的电力消耗，而无需真空泵外部的泵送设备。当命令可控入口阀关闭时，辅助转子在辅助定子中自转，而不妨碍真空泵的运行。因此，辅助泵送级被旁路(绕开)，而不再参与泵送气体。
命令可控入口阀打开还能在精确的时刻和选定的持续时间内降低出口泵送级中的压力。因此，使用可控入口阀实现了很大的动作灵活性。
因此，该真空泵紧凑、安装简单并且控制简单。
该真空泵例如是构造成在大气压下排出气体的粗真空泵。转子例如是罗茨式或爪型。
辅助定子的出口可以通过适配有可控出口阀的辅助出口通道与真空泵的出口连通。当不使用至少一个辅助转子降低出口级中的压力时，可以通过可控出口阀使所述辅助转子保持在真空下。所述至少一个辅助转子在没有新气体进入的情况下自转，消耗很少或不消耗能量，并且不干扰真空泵的所述至少一个泵送级中的泵送。
该真空泵可以包括控制单元，该控制单元构造成根据真空泵所消耗的功率和/或真空泵的入口压力的测量值来命令可控入口阀和/或可控出口阀打开。
根据另一示例，连接到真空泵的封壳例如进样室包括用于可控入口阀和/或可控出口阀的控制装置。这意味着例如在进样室处于空闲期(等待阶段)时、例如在空闲期开始和结束的预定持续时间内，命令可控入口阀和/或可控出口阀打开。例如，当功率已经下降到功率阈值以下时，也可以命令可控阀关闭。
根据第一实施例，辅助定子被所述两个轴穿过，所述真空泵包括两个辅助转子，这两个辅助转子布置在辅助定子中并且由相应的轴支承，这些辅助转子构造成沿相反的方向以同步方式转动。辅助转子例如是罗茨式、螺杆型或爪型。在该实施例中，辅助定子类似于附加的干式泵送级。
根据第二实施例，辅助定子形成在真空泵的油壳中，所述真空泵包括由真空泵的同步齿轮装置的相应齿轮构成的两个辅助转子，所述同步齿轮装置与所述辅助定子一起构成齿轮泵。所述同步齿轮装置还构造成使这些轴的旋转同步。在该实施例中，当需要降低出口级中的压力时，已经用于使轴同步的同步齿轮装置用作附加的泵送设备。
根据第三实施例，辅助转子是旋转叶片泵转子，其与辅助定子一起构成旋转叶片泵，该旋转叶片泵被容纳在真空泵的油壳的腔室中。在该实施例中，具有集成式旋转叶片泵的真空泵能以非常好的压缩比降低出口级中的压力。
本发明还在于一种包括进样室的泵送设备，其特征在于，它包括如上所述的干式真空泵，该干式真空泵连接到该进样室，以便交替地降低和升高所述进样室中的压力。
附图说明
当阅读对本发明的一个说明性但非限制性示例的描述和附图时，其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：
图1表示泵送设备的示意图。
图2表示根据第一实施例的图1中的设备的干式粗真空泵的示意图。
图3表示根据第二实施例的干式粗真空泵的示意图。
图4示出了图3中的真空泵在油壳的水平处的示意性剖视图A-A。
图5表示根据第三实施例的干式粗真空泵的示意图。
图6示出了图5中的真空泵在油壳的水平处的截面A-A的示意图。
具体实施方式
以下实施例是示例。尽管描述涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考都涉及相同的实施例，或者该特征仅适用于一个实施例。不同实施例的单一特征也可以组合或互换，以提供其他实施例。
粗真空泵被定义为容积式真空泵，它借助于两个转子在大气压力下吸入、转移并排出待泵送气体。
图1示出了泵送设备100，其包括进样室101和干式真空泵1，该干式真空泵1连接到该进样室101以便交替地降低和升高进样室101中的压力。进样室101用于在将基材卸载到维持在低压下的处理室中之前降低基材周围的压力，以防止处理室中存在任何杂质。基材例如是平板显示器或光伏基材或半导体晶片或半导体制造光掩模。
真空泵1是粗真空泵，其构造成在大气压下排出气体。
如图2所示，真空泵1包括至少一个泵送级3a-3f和两个旋转轴4。
这些轴4分别支承在至少一个泵送级3a-3f中延伸的至少一个转子5。
在该说明性示例中，真空泵1包括多个—例如六个—泵送级3a、3b、3c、3d、3e、3f，它们串联安装在真空泵1的入口7和出口8之间，并且待泵送气体能够在它们中间流通。
每个泵送级3a-3f均由容纳转子5的压缩室构成，该压缩室具有相应的入口和相应的出口。通过将上一泵送级的出口连接到下一泵送级的入口的相应级间通道使相继的泵送级3a-3f一个接一个地串联连接。
在这种多级泵中，第一泵送级3a也称为吸入级，其入口与真空泵1的入口7连通。最后一个泵送级3f也称为排放级，其出口与真空泵1的出口8连通，排放压力一般是环境(或大气)压力的量级。
在操作中，转子5在每个级中沿着相反的方向以同步方式转动，以驱动将在入口7和出口8之间被泵送的气体。在旋转期间，从入口吸入的气体被捕获在由真空泵1的转子5和定子9产生的体积中，然后被转子5驱动到下一级(图1和2中用箭头示出了泵送气体的流通方向)。
转子5例如具有轮廓相同(例如罗茨式)的叶片，其例如具有八字形或豆形、爪形、螺旋形或根据其它类似的容积式真空泵原理的截面。
承载着转子5的轴4由真空泵1的马达M驱动。这些轴由轴承支撑并且通过同步齿轮装置6进行同步，所述轴承由包含在真空泵1的至少一个油壳10中的润滑剂润滑，所述同步齿轮装置同样被润滑。轴4总是能够在密封装置中转动，该密封装置使油壳10与干的泵部件隔离。
根据一个实施例，真空泵1包括主出口通道11，其将最后一个泵送级3f的出口连接到出口8。止回阀12可以布置在主出口通道11中，以防止泵送气体返回到真空泵1中。
真空泵1还包括辅助定子13、布置有可控入口阀15的入口通道14和布置在辅助定子13中的至少一个辅助转子16。
辅助定子13包括入口17和出口18。它至少被一个轴4穿过。
入口通道14例如在泵送级3f的入口处将辅助定子13的入口17连接到与真空泵1的出口8连通的泵送级3f。在多级真空泵1的情况下，该级是沿着泵送气体流动方向的最后一级，或者，在单级螺杆型真空泵的情况下，该级由沿着泵送气体流动方向的最终螺距构成。
所述至少一个辅助转子16由穿过辅助定子13的轴4支承。它构造成使得它的在辅助定子13中的旋转驱动将在辅助定子13的入口17和出口18之间被泵送的气体，以在命令可控入口阀15打开时降低与出口8连通的泵送级3f中的压力。当命令可控入口阀15关闭时，所述至少一个辅助转子16和辅助定子13与和出口8连通的泵送级3f流体隔离。
因此，轴4的驱动真空泵1的转子5的旋转也用于驱动所述至少一个辅助转子16旋转，从而在命令可控入口阀15打开时降低真空泵1的出口泵送级3f中的压力。由此可以减少真空泵1的电力消耗，而无需真空泵1外部的泵送设备。当命令可控入口阀15关闭时，辅助转子在辅助定子中自转，而不妨碍真空泵的运行。因此，辅助泵送级被旁路，而不再参与泵送气体。
该真空泵1紧凑、安装简单并且控制简单。
可控入口阀15例如是气动阀或螺线管阀、例如电磁阀或压电阀，特别是开关阀：它要么打开，要么关闭。
为了控制可控入口阀15，真空泵1可以包括控制单元19，该控制单元19包括一个或多个控制器或微控制器或处理器、以及存储器。
控制单元19例如构造成根据真空泵1的入口压力和/或由真空泵1消耗的功率的测量值来控制可控入口阀15的打开。
为此，控制单元19监测对压力和/或功率阈值的跨越，例如，真空泵1的入口压力是否跨越低压阈值和/或马达M的功率(或电流)是否超过功率阈值持续预定时间。这种情况通常对应于进样室101在低压下的空闲期，真空泵1处于极限真空泵送情况(没有气体喷射)，或者处于以低压泵送低吹扫流的情况下。
根据另一示例，进样室101包括用于可控入口阀15的控制装置102，其能够直接控制可控入口阀15，或者连接到真空泵1的控制单元19以控制可控入口阀15。
例如，当进样室101处于空闲期时，控制装置102命令可控入口阀15打开。控制装置102可以是信号—例如来自电开关的信号，或数字代码。
可以命令可控入口阀15打开持续有限的时间段，即持续预定的持续时间，例如小于5分钟。可以在空闲期开始和结束时触发可控入口阀15(命令其打开)。例如，当功率已经下降到功率阈值以下时，也可以命令可控入口阀15关闭。
命令可控入口阀15打开使得能在精确的时机和选定的持续时间内降低出口泵送级3f中的压力。因此，使用可控入口阀15实现了很大的动作灵活性。
根据一个实施例，辅助定子13的出口18通过设置有可控出口阀21的辅助出口通道20与真空泵1的出口8连通。
所述辅助出口通道20的出口例如在被泵送的气体的流动方向上在主出口通道11的止回阀12的下游连接到真空泵1的出口8。主出口通道11和辅助出口通道20的出口是独立的。
可控出口阀21的控制与可控入口阀15的控制相关联：通过相同的方式命令这两个阀15、21同时打开和关闭，可能有小的偏移量，以使得出口阀21刚好在入口阀15之后关闭，或者出口阀21刚好在入口阀15之前打开，从而在隔离辅助定子13之前排空辅助定子13的容积。
因此，可以通过控制单元19例如根据真空泵1的入口压力和/或真空泵1消耗的功率的测量值来命令可控出口阀21打开，或者例如在进样室101处于空闲期时，通过进样室101的控制装置102命令可控出口阀21打开。
因此，当不被用于降低出口级中的压力时，所述至少一个辅助转子16可以保持在真空下。所述至少一个辅助转子16在没有新气体进入的情况下自转，不消耗或消耗很少的能量，并且不干扰真空泵1的泵送级3a-3f中的泵送。
根据图2所示的第一实施例，真空泵1包括布置在辅助定子13中的两个辅助转子16。这些辅助转子16由各自的轴4支承，所述轴为真空泵1的穿过辅助定子13的两个轴4。这些辅助转子16构造成沿相反的方向以同步方式转动，以驱动在辅助定子13的入口17和出口18之间被泵送的气体。
辅助转子16例如是罗茨式、螺杆型或爪型。
辅助定子13的尺寸例如类似于或小于真空泵1的出口泵送级3f的定子9的尺寸。它例如比出口级的定子9更薄，或者轴4在辅助定子13中可以具有更大的直径。
辅助定子13例如布置在泵送级3a-3f的末端，例如在出口泵送级3f旁边，例如布置在油壳10和泵送级3f之间。辅助定子13也可以设置在两个连续的泵送级3a-3f之间，例如在最后一个和倒数第二个泵送级3e、3f之间。
在该实施例中，辅助定子13类似于附加的干式泵送级，其仅在需要降低出口级中的压力时使用。
根据图3和图4所示的第二实施例，真空泵1包括布置在辅助定子22中的两个辅助转子16，它们由同步齿轮装置6的相应齿轮31构成。
同步齿轮装置6的齿轮31由相应的轴4支承，所述轴为真空泵1的穿过在油壳10中构成的辅助定子22的两个轴4。
齿轮31构造成使这些轴4的旋转同步，并且驱动将在辅助定子22的入口17和出口18之间被泵送的气体。同步齿轮装置6的齿轮31由此与辅助定子22一起构成齿轮泵。
所述齿轮泵利用两个齿轮31的组合轮廓来驱动待泵送气体。在操作中，待泵送气体容纳在每个齿轮31的齿和辅助定子22之间。这些齿轮31在相反方向上的旋转驱动这些齿轮31的外侧周围的气体。
在该实施例中，当需要降低出口级中的压力时，已经用于使轴4同步的同步齿轮装置6用作附加的泵送设备。
可以在辅助定子22的入口17和可控入口阀15之间增加油阱，以防止润滑剂移动到干的泵部件中。
根据图5和图6所示的第三实施例，辅助转子23是旋转叶片泵转子。
该辅助转子23与辅助定子24一起构成旋转叶片泵，其容纳在真空泵1的油壳10的腔室25中。
以本身已知的方式，并且如图6的示例所示，旋转叶片泵转子包括两个叶片26，它们在槽中滑动，并且通过将它们彼此推开的弹簧彼此连接。旋转叶片泵转子在辅助定子24的缸中以偏心方式转动。辅助定子24被容纳在油壳10的腔室25中所包含的诸如油(润滑油)的液体润滑剂27中。辅助定子24的入口17通入腔室25中，并且与液体润滑剂27隔离。辅助定子24的出口18设置有浸在液体润滑剂27中的安全阀(或止回阀)29。
在此，旋转叶片泵转子被真空泵1的穿过辅助定子24的轴4支承并被驱动而旋转。
在操作中，由辅助转子23和辅助定子24限定的体积从增大开始(逐渐增大)，以在入口17处抽气。当叶片26处于竖直位置时，抽气体积最大。然后，该体积随着叶片26的旋转而减小，从而增加被捕获的气体的压力。该气体然后被排到出口18。该气体经由安全阀29逸出，并且通过液体润滑剂27上升到腔室25的与辅助出口通道20相连的出口30。
具有集成式旋转叶片泵的真空泵1能以非常好的压缩比降低出口级中的压力。
可以在辅助定子24的入口17和可控入口阀15之间增加油阱，以防止润滑剂移动到干的泵部件中。

Claims (11)

1.干式真空泵(1)，包括：
-至少一个泵送级(3a、3b、3c、3d、3e、3f)，
-两个旋转轴(4)，它们分别承载至少一个在所述至少一个泵送级(3a、3b、3c、3d、3e、3f)中延伸的转子(5)，这些转子(5)构造成沿相反方向以同步方式转动，以驱动将在所述真空泵(1)的入口(7)和出口(8)之间被泵送的气体，其特征在于，所述真空泵(1)还包括：
-辅助定子(13；22；24)，其至少被这些轴(4)之一穿过，
-入口通道(14)，其设置有可控入口阀(15)，并且将所述辅助定子(13；22；24)的入口(17)连接到与所述真空泵(1)的出口(8)连通的泵送级(3f)，和
-由所述轴(4)承载的至少一个辅助转子(16；23)，所述辅助转子(16；23)构造成使得它在所述辅助定子(13；22；24)中的旋转驱动将在所述辅助定子(13；22；24)的入口(17)和出口(18)之间被泵送的气体，以在命令所述可控入口阀(15)打开时降低所述泵送级(3f)中的压力，当命令所述可控入口阀(15)关闭时，所述至少一个辅助转子(16；23)和所述辅助定子(13；22；24)与和出口(8)连通的所述泵送级(3f)流体隔离。
2.根据权利要求1所述的真空泵(1)，其特征在于，所述辅助定子(13)被两个轴(4)穿过，所述真空泵(1)包括两个辅助转子(16)，这两个辅助转子布置在所述辅助定子(13)中并且由相应的轴(4)承载，这些辅助转子(16)构造成沿着相反的方向以同步方式转动。
3.根据权利要求2所述的真空泵(1)，其特征在于，所述辅助转子(16)是罗茨式的。
4.根据权利要求1所述的真空泵(1)，其特征在于，所述辅助定子(22)形成在所述真空泵(1)的油壳(10)中，所述真空泵(1)包括由所述真空泵(1)的同步齿轮装置(6)的相应齿轮(31)构成的两个辅助转子，所述同步齿轮装置(6)与所述辅助定子(22)一起构成齿轮泵，所述同步齿轮装置(6)还构造成使所述轴(4)的旋转同步。
5.根据权利要求1所述的真空泵(1)，其特征在于，所述辅助转子(23)是旋转叶片泵转子，其与所述辅助定子(24)一起构成旋转叶片泵，所述旋转叶片泵被容纳在所述真空泵(1)的油壳(10)的腔室(25)中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述辅助定子(13；22；24)的出口(18)通过设置有可控出口阀(21)的辅助出口通道(20)与所述真空泵(1)的出口(8)连通。
7.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，它是构造成在大气压下排出气体的粗真空泵(1)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，它包括控制单元(19)，该控制单元构造成根据所述真空泵(1)消耗的功率和/或所述真空泵(1)的入口压力的测量值来控制所述可控入口阀(15)打开。
9.根据前述权利要求中任一项所述的真空泵(1)，其特征在于，所述转子(5)是罗茨式或爪型的。
10.泵送设备(100)，其包括进样室(101)，其特征在于，其包括根据前述权利要求中任一项所述的干式真空泵(1)，所述干式真空泵连接到所述进样室(101)，以交替地降低和升高所述进样室(101)中的压力。
11.根据前一权利要求所述的泵送设备(100)，其特征在于，所述进样室(101)包括所述可控入口阀(15)的控制装置(102)，以在所述进样室(101)处于空闲期时命令所述可控入口阀(15)打开。
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